本發(fā)明涉及一種宏微復合定位平臺，尤其是指一種垂直運動的宏微復合定位平臺。

背景技術：

精密定位技術是精密工程中一個最為關鍵的技術，它的研究對于，微納米技術、電子、精密制造工藝等高靜尖技術的發(fā)展都具有重要的作用，目前的技術基本是：把宏、微復合雙重驅動結合起來,宏動臺以地面為參照物,由高精度的伺服電動機或者直線電機和絲杠組成，通過宏動臺導軌導向，實現(xiàn)運動平臺大范圍的移動；微動臺附著于宏動臺上,并以宏動臺為參照物,由壓電型驅動器和彈性鉸鏈構成，壓電驅動器輸出位移，通過微動臺導軌導向，實現(xiàn)平臺的微小位移,補償宏動臺大行程運動造成的位移精度誤差。宏微兩級運動的點位控制是分離進行控制，具有先后關系。宏動臺的運動行程通?？蛇_數(shù)百毫米，速度也可達上百毫米每秒，宏動臺運動結束后，微動臺根據(jù)測得的定位誤差做補償進給，定位控制只對始末兩點間的位置精度有要求，對中間位置的定位精度和運動軌跡無要求，采用反饋進行控制,從而保證整個平臺大行程、高精度定位的要求。而多數(shù)的宏微復合定位平臺都是滿足在平面式的高精度大行程定位要求，而不能滿足垂直軸的高精度大行程定位要求。而如果直接將宏微復合定位平臺豎直安裝進行定位運動，則需要克服重力效應，卻不可避免的增加了宏微復合定位平臺的自身載荷。

現(xiàn)有對垂直運動進行定位的宏運動平臺采用大行程高精度的電機實現(xiàn)微米級的定位，并在宏運動平臺上疊加微運動平臺，而微動平臺采用垂直運動的柔性鉸鏈結構配合壓電陶瓷驅動實現(xiàn)垂直軸高精度大行程定位運動。但是這種定位平臺存在以下缺點：1)利用柔性鉸鏈疊加的結構會給平臺產(chǎn)生了較大誤差而且壓電陶瓷驅動柔性鉸鏈會產(chǎn)生較大的振動，大大降低了平臺的精度，限制了整個系統(tǒng)的速度和加速度，使得系統(tǒng)工作效率低；2)利用柔性鉸鏈的驅動疊加結構會導致自身定位平臺的重量過重，不利于平臺的高加速定位運動；3)壓電陶瓷等微驅動的定位精度雖然能達到納米級，但是行程小。并且壓電馬達驅動的運動平臺雖然能夠實現(xiàn)大行程、高分辨率的運動性能，但其運動速度低；4)加工柔性鉸鏈需要的尺寸精度要求高，而且難以做到閉環(huán)反饋。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種運動平穩(wěn)、定位精度高和使用方便的垂直運動的宏微復合定位平臺。

本發(fā)明的目的可采用以下技術方案來達到：

一種垂直運動的宏微復合定位平臺，包括底座和安裝于底座上的宏運動裝置、微運動裝置、傳感器和控制器，所述宏運動裝置的動力輸出端在底座上水平運動，所述微運動裝置在底座上垂直運動，所述宏運動裝置的動力輸出端與所述微運動裝置連接；所述宏運動裝置的動力輸出端上設有第一楔形面，所述微運動裝置上設有與所述第一楔形面相對應的第二楔形面，所述宏運動裝置的動力輸出端通過第一楔形面和第二楔形面頂壓微運動裝置而推動微運動裝置在底座上垂直運動；形成楔形增力結構；所述傳感器固定安裝于所述微運動裝置上，所述控制器與所述傳感器和宏運動裝置電連接。

進一步地，所述宏運動裝置包括伸縮電機、壓電陶瓷和楔形塊，所述伸縮電機固定安裝于所述底座上，且伸縮電機的輸出軸通過壓電陶瓷與所述楔形塊固定連接，所述第一楔形面設于所述楔形塊上，所述第一楔形面與第二楔形面相互接觸且頂壓，所述壓電陶瓷與所述控制器電連接。

進一步地，所述微運動裝置包括導桿和可滑動套設于導桿上的滑臺，所述導桿固定安裝于所述底座上，所述第二楔形面設于所述滑臺的下端，所述第二楔形面與第一楔形面相互接觸且頂壓，所述傳感器固定安裝于所述滑臺上。

作為一種優(yōu)選的方案，所述底座上設有導軌和可滑動安裝于導軌上的滑塊，所述滑塊上固定安裝有連接座，所述壓電陶瓷和楔形塊固定安裝于連接座上。

作為一種優(yōu)選的方案，所述伸縮電機的輸出軸通過頂塊與所述壓電陶瓷固定連接，所述頂塊與連接座之間安裝有彈性件。

作為一種優(yōu)選的方案，所述導桿設為兩個，所述滑臺的兩端分別可滑動套設于兩個所述導桿上。

作為一種優(yōu)選的方案，所述彈性件為彈簧。

作為一種優(yōu)選的方案，所述傳感器為光柵尺傳感器。

實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

1、本發(fā)明的宏運動裝置輸出水平運動，通過第一楔形面和第二楔形面連接而形成的楔形增力結構推動微運動裝置進行垂直運動，將水平運動轉化為垂直運動。在宏運動輸出動力推動微運動裝置時，由于第一楔形面和第二楔形面之間為面接觸，使得第二楔形面能相對于第一楔形面平穩(wěn)地滑動，使得微運動裝置能與宏運動裝置同步運動，減小了微運動裝置的運動誤差，保證了運動的精度和準確性，具有運動平穩(wěn)、誤差小和定位精度高的特點。

2、本發(fā)明在宏運動裝置工作時，控制器向壓電陶瓷輸入一定的電壓，此時，壓電陶瓷長度保持不變。楔形塊推動微運動裝置運動的過程中，控制器控制伸縮電機伸縮到設定的數(shù)值后，宏運動裝置停止；然后控制器通過傳感器檢測微運動裝置的運動距離是否達到預定的值；如果微運動裝置的運動距離不符合數(shù)值，控制器輸出相應的電壓到壓電陶瓷，使壓電陶瓷伸長或縮短而再次推動微運動裝置運動進行補償，直到控制器通過傳感器檢測到微運動裝置的運動距離達到準確的數(shù)值為止，最終實現(xiàn)垂直定位平臺的高精度定位要求，具有定位準確和穩(wěn)定可靠的特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種垂直運動的宏微復合定位平臺的第一結構示意圖；

圖2是本發(fā)明一種垂直運動的宏微復合定位平臺的第二結構示意圖；

圖3是本發(fā)明一種垂直運動的宏微復合定位平臺的第三結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

參照圖1至圖3，本實施例涉及一種垂直運動的宏微復合定位平臺，包括底座1和安裝于底座1上的宏運動裝置2、微運動裝置3、傳感器4和控制器，所述宏運動裝置2的動力輸出端在底座1上水平運動，所述微運動裝置3在底座1上垂直運動，所述宏運動裝置2的動力輸出端與所述微運動裝置3連接；所述宏運動裝置2的動力輸出端上設有第一楔形面21，所述微運動裝置3上設有與所述第一楔形面21相對應的第二楔形面31，所述宏運動裝置2的動力輸出端通過第一楔形面21和第二楔形面31頂壓微運動裝置3而推動微運動裝置3在底座1上垂直運動；形成楔形增力結構；所述傳感器4固定安裝于所述微運動裝置3上，所述控制器與所述傳感器4和宏運動裝置2電連接。

該結構的宏運動裝置2輸出水平運動，通過第一楔形面21和第二楔形面31連接而形成的楔形增力結構推動微運動裝置3進行垂直運動，將水平運動轉化為垂直運動。在宏運動輸出動力推動微運動裝置3時，由于第一楔形面21和第二楔形面31之間為面接觸，使得第二楔形面31能相對于第一楔形面21平穩(wěn)地滑動，使得微運動裝置3能與宏運動裝置2同步運動，減小了微運動裝置3的運動誤差，保證了運動的精度和準確性，具有運動平穩(wěn)、誤差小和定位精度高的特點。

如圖2和圖3所示，所述宏運動裝置2包括伸縮電機22、壓電陶瓷23和楔形塊24，所述伸縮電機22固定安裝于所述底座1上，且伸縮電機22的輸出軸通過壓電陶瓷23與所述楔形塊24固定連接，所述第一楔形面21設于所述楔形塊24上，所述第一楔形面21與第二楔形面31相互接觸且頂壓，所述壓電陶瓷23與所述控制器電連接。在宏運動裝置2工作時，伸縮電機22的輸出軸伸出而通過壓電陶瓷23推動楔形塊24水平運動。在楔形塊24的第一楔形面21的頂壓作用下，第二楔形面31相對于第一楔形面21滑動而使得微運動裝置3平穩(wěn)地在豎直方向上進行垂直運動。

在宏運動裝置2工作時，控制器向壓電陶瓷23輸入一定的電壓，此時，壓電陶瓷23長度保持不變。楔形塊24推動微運動裝置3運動的過程中，控制器控制伸縮電機22伸縮到設定的數(shù)值后，宏運動裝置2停止；然后控制器通過傳感器4檢測微運動裝置3的運動距離是否達到預定的值；如果微運動裝置3的運動距離不符合數(shù)值，控制器輸出相應的電壓到壓電陶瓷23，使壓電陶瓷23伸長或縮短而再次推動微運動裝置3運動進行補償，直到控制器通過傳感器4檢測到微運動裝置3的運動距離達到準確的數(shù)值為止，最終實現(xiàn)垂直定位平臺的高精度定位要求，具有定位準確和穩(wěn)定可靠的特點。

如圖3所示，所述微運動裝置3包括導桿32和可滑動套設于導桿32上的滑臺33，所述導桿32固定安裝于所述底座1上，所述第二楔形面31設于所述滑臺33的下端，所述第二楔形面31與第一楔形面21相互接觸且頂壓，所述傳感器4固定安裝于所述滑臺33上。滑臺33在楔形塊24的第一塊楔形面的頂壓作用下，滑臺33做垂直運動。在滑臺33做垂直運動時，控制器通過傳感器4對滑臺33的運動距離進行精確檢測?；_33在導桿32的限位和導向作用下能做垂直直線運動，保證滑臺33運動的直線性和運動精度。

為了防止壓電陶瓷23和楔形塊24的運動出現(xiàn)晃動的不穩(wěn)定性，保證壓電陶瓷23和楔形塊24運動的直線性，所述底座1上設有導軌5和可滑動安裝于導軌5上的滑塊51，所述滑塊51上固定安裝有連接座6，所述壓電陶瓷23和楔形塊24固定安裝于連接座6上。壓電陶瓷23和楔形塊24在導軌5和滑動的約束作用下只能沿著導軌5方向做直線運動，保證了宏運動裝置2的運動穩(wěn)定性和預設運動距離的準確性。

所述伸縮電機22的輸出軸通過頂塊7與所述壓電陶瓷23固定連接，所述頂塊7與連接座6之間安裝有彈性件8。壓電陶瓷23在伸長或縮短而推動滑臺33垂直運動的過程中，壓電陶瓷23帶動連接座6一起運動。連接座6的運動在彈性件8的彈力的緩沖作用下，不會產(chǎn)生運動沖擊的問題，使得與連接座6固定連接的楔形塊24也能平穩(wěn)地做直線運動，保證滑臺33運動的平穩(wěn)性。

為了提高滑臺33垂直運動的直線性和穩(wěn)定性，所述導桿32設為兩個，所述滑臺33的兩端分別可滑動套設于兩個所述導桿32上。

所述彈性件8為彈簧。當然，其它的彈性零件也適用于本發(fā)明。

所述傳感器4為光柵尺傳感器。當然，其它可以用于檢測滑臺33的運動距離的傳感器4也適用于本發(fā)明。

本發(fā)明的工作原理：

如圖1至圖3所示，在宏運動裝置2工作時，控制器向壓電陶瓷23輸入一定的電壓，此時，壓電陶瓷23長度保持不變，而伸縮電機22的軸出軸伸出并通過頂塊7、壓電陶瓷23和楔形塊24推動滑臺33向上垂直運動。楔形塊24推動滑臺33運動的過程中，控制器控制伸縮電機22伸縮到設定的數(shù)值后，伸縮電機22停止；然后控制器通過傳感器4檢測滑臺33的運動距離是否達到預定的值；如果滑臺33的運動距離達不到數(shù)值，控制器輸出相應的電壓到壓電陶瓷23，使壓電陶瓷23伸長而再次推動滑臺33運動進行補償，直到控制器通過傳感器4檢測到滑臺33的運動距離達到準確的數(shù)值為止，最終實現(xiàn)垂直定位平臺的高精度定位要求，具有定位準確和穩(wěn)定可靠的特點。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。